CN1152347C - 利用计算机数字成屏技术进行防伪的方法 - Google Patents

Abstract

用来将副图像隐藏在主图像之中并在各种介质上生成整体的基本图像的高质硬复制的装置和方法以及利用计算机数字成屏技术进行防伪的方法。该过程包括将第一图像光栅化成第一基本图像和将用其本身的反色进行补偿的第二图像光栅化成第二基本图像。根据预定的解码和补偿原理第一基本图像和第二基本图像合并成整体的基本图像，使第二基本图像隐藏在第一基本图像之中。根据其中主图像肉眼看得见而副图像肉眼看不见的整体基本图像而创建一个输出图像，其中，应用了可靠易读的副图像而其副图像并不影响主图像的质量，并由此得到额外的安全方面的好处。

Description

利用计算机数字成屏技术进行 防伪的方法

总体说来，本发明涉及一种用来产生通常以印刷或非印刷(电子的)形式的防伪隐形标记图像的方法和装置，更具体地说，涉及一种利用由计算机系统上的软件程序实现的编码数字屏面(screen)的数字成屏(screening)方法和装置。这种方法和装置能够将主图像和副图像组合在一起，使得只有当原文件通过特殊的解码装置被观看到时副图像才显示出来。

为了防止文件的非授权复制或篡改，常常要在象票证、支票、货币等纸状材料中提供特殊的标记或背景图案。这种标记或背景图案通常是通过某些类型的印刷过程、诸如胶印、石版印刷、活版印刷或其它类似的机械系统，通过各种各样的照相方法、通过静电印刷和许多其它方法加印在纸状材料上的。这种图案或标记可以用普通墨，从可以是磁性、荧光等的特殊墨中产生出来；从可烤制在上面的粉末产生出来；从象银盐或偶氮染料那样的光敏材料中产生出来，还可以由其它手段产生出来。加印在纸状材料上的这些图案的大多数是依赖其复杂性和分辨率来避免被轻易地复制的。因此，它们将附加的成本加到纸状材料之中，而在许多情况下对非法复制或篡改提供所期望的防止方面并非完全有效。

人们已经提出了防伪手段的各种方法，包括波纹(Moire)诱发线状结构、大小可变的点图案、副图像、透视、条形码、基于衍时的全息图，还有许多。然而，这些方法中没有一种在主图像中应用了可靠易读的副图像而其副图像并不影响主图像的质量，并由此得到额外的安全方面的好处。

用来编码和解码印刷物上的标记的传统系统产生一个视差的全景图像或一个加扰图像。这样一种传统系统在美国专利号第3,937,565中作了描述，这个专利是在1976年2月10日授予A.Alasia的，现已过期。其标记是利用一种双凸线屏面(即双凸屏面)以已知的空间透镜密度(例如每英寸69线)用照相的方法产生出来的。

用照相或模拟的方法生成编码标记图像有一个缺点，即需要一个专门的照相机。此外，模拟图像在多样性上受到限制，因为当被前景(副)图像所包围时，防伪标记区通常变得引人注目。并且，用可能的不同参数将几个副图像组合在一起会有困难，这是因为在生成防伪照相图像时不能有效地再曝光底片部分。

用于可视信息的分发的各种复制技术，象印刷或非印刷(电子的)技术，是基于图像的成屏(screening)的。在这些技术中，图像被分成一组系统排列的基本象点、像素、等，它们的大小在肉眼的分辨本领以下。参考图1A-1F，它们显示了现有技术中各种印刷屏面的实例，这些实例可以用来生成具有不同阴影的图像100。在图1A中，图像100的区域102经放大之后显示了如图1B-1F所示的不同成屏技术的有效性。这些屏面使得复制成为可能，但同时当与原图像进行比较时降低了图像的复制质量，使得被复制的图像变得“有噪声”。

进一步来说，用于复制的不同系统和介质，象墨水、印刷介质(例如纸张、塑料等)、电子束、显示像素、等等，的不完善性既不利于诸如象点、像素等那样的基本信息携带单元完全按照理想上清楚的要求的创建也不利于它们的分组，而是有或多或少的畸变。这样，进一步增加了所得图像中的“噪声”。

在四色复制的情况下，无论是电子的还是印刷的，由于数以百万计的、必须只由三色来复制的并由光学上不完善的墨水印刷出来的原图像的底色不均匀点(color-shades)，也降低了照片的质量。

正如图2A和2B所示的，上述的因素和各种各样其它的因素产生了这样的结果，基本象点202-210经印刷202A-210A之后没有一个具有理论上完善的几何形状、位置和大小。

成屏(screening)和用色问题是多色复制技术的关键点所在。为了解决用色问题，已经建立了两个国际标准。它们是普通使用的红-绿-蓝(RGB)标准和氰-洋红-黄-黑(CMYK)标准。六色复制也使用在有限的应用之中。

使用一种传统的80线/厘米印刷屏面，四种不同的墨点可以以精确的尺寸、几何形状、位置和厚度被印刷在一块0.125mm×0.125mm(0.005in×0.005in)大小的区域之中。这种在分辨率上的提高使问题变得尤为严重，因为减小基本象点或像素的尺寸(即提高屏面的分辨率)会降低图像的“噪声”，但是所使用的材料和工艺过程的不完善性产生的不希望的影响也增大了。屏面的分辨率越接近于复制过程的分辨率(即接近可印刷的极限)，技术的完善性越能产生不希望的对所生成图像的影响。

为了减小这些不完善性所致的不希望的结果，它们必须在复制过程中事先加以考虑。

为了这个原因，原图像可以通过使用适当的屏面加以数字化或加以扫描，并且以连续色调的模式被分割成基本像素。尽管像素的密度可以根据实际的图像是不相同的，但所有像素的大小是完全相同的。

一旦理论密度据此已经作了修正，其像素可以从连续模式转换成位图模式。在这种位图模式中，象点的大小是不同的但整个象点的密度是相同的。这是一种优先加以考虑的方法，因为，在印刷(除照相凹版印刷之外)过程中，可印墨水注入的厚度或可印密度是各处相同的。结果是，一个具有0.125×0.125mm²(0.005in.×0.005in.，使用80线/cm屏面)的最大区域的连续色调像素被，例如，一个只覆盖同一区域的25％的、但具有相同最大密度的具有光学等效性的屏面象点所取代。

一些传统的复制过程和设备使用了连续色调像素，如蚀刻轮转凹版印刷、电子显示和一些数字印刷机。其它复制过程使用了屏面象点，如胶印和大多数数字印刷过程。另一些工艺将连续色调和四面象点两者的组合，例如，凹版印刷和照相凹版的轮转凹版印刷。

连续色调模式转换成位图模式的过程是一套复杂的程序并在成屏技术中是最重要的。这是因为扫描之后所接收的连续色调基本像素的理论密度根据进一步复制过程的技术不完善性被事先作了修正。

举例来说，在胶印复制中技术不完善性可包括：

1.通过进一步的复制过程被转换象点的形状和大小的畸变，如：

-将连续色调像素转换成屏面像点，

-在其中可能产生波纹(moire)效应的图像组中象点的创建，

-底片曝光和处理，

-复制在印刷板上，

-印刷板的处理，和

-印刷处理。

2.所使用墨水的光学不完善性。

基本屏面象点的畸变的大多数发生在印刷过程之中。结果是，可能发生一些预料不到的效应，如：

-纸表面、橡胶外层和印墨的不均匀性，

-来自印刷区中印刷的畸变，

-印刷装置中机械不精确性，和

-印刷纸的变形。

不同的印刷技术具有不同的不完善性，这是每种具体的印刷工艺所特有的。因此，为了消除这些不同的不完善性，已经发展了不同的成屏技术的屏面。

对于数字印刷来说成屏甚至更为重要。有不同种类的数字印刷技术，如激光、喷墨、染料升华、磁记录、静电、等等。因此，由于这些过程仍然在发展中，因此它们与传统印刷过程相比不完善性更大。

技术不完善性的校正在安全性印刷中甚至更为复杂。被印刷物越小或越薄，在印刷过程中所致的相对畸变就越大，和这些畸变的消除就越困难。

纵观现有技术的各种缺陷，本发明的一个目的是，通过在主图像中隐藏一个副图像使得只有当使用解码器时副图像才显示出来来提高各种介质，诸如票证、护照、执照、货币、邮品等的安全性和防伪能力。

处理过程包括将第一图像扫描成一个第一基本图像和将第二图像扫描成一个第二基本图像的步骤，其中第二图像是通过其自身反转来进行补偿的。然后根据预定的解码和补偿原理将第一基本图像和第二基本图像合并成一个整体的基本图像，致使第二基本图像隐藏在第一基本图像之中。根据其中主图像是肉眼可见而副图像是肉眼看不见的整体基本图像而创建一个输出图像。

本发明进一步涉及用来实施将副图像隐藏在主图像之中的方法和产生各种介质的整体基本图像的高质硬和/或软复制件的装置。

本发明进一步涉及用来将副图像数字化地合并到主图像之中的软件方法和装置。数字形式的副图像能够被测量出来由各种用户所选择的光学和电子解码器解码。不同的隐藏的程度也可以被选择，其中该副图像相对于其它副图像是经过旋转或分层的。

然后，对主图像进行扫描，或将其分割成一系列基本元素。一般来说，当印刷硬复制图像时，该图像是由一分列“印刷机点”组成的，这些“印刷机点”根据在图像的各个组成部分中发现的颜色而在密度上发生变化。本发明的软件方法和装置使得拥有一个经扫描的主图像成为可能，其中基本元素或图像(例如象点、像素等等)作了修正以便包含副图像的基本元素，并且同时发生变形以便对所作修正和所用复制技术的预期的不完善性进行补偿。用肉眼来看最后的组合图像类似于原始的主图像。然而，由于组成的被扫描元素被处理成接近副图像的编码图案，因此解码器将揭示出隐藏的副图像。由于对这样的复制线条需要高的印刷分辨度，因此，试图通过机电的手段、或类似的其它手段来复制被印刷的图像在复制隐藏的副图像时常常是不成功的。

作为这种数字化方法的结果，几个不同的副图像可以组合成一个整体的副图像，然后这个整体副图像再形成一个经过扫描的主图像。每一个副图像可以朝向任一角度和隐藏到不同的程度。或者，灰度主图像可以分解成基本成分的印刷色(例如：氰色、洋红、黄色和黑色(CMYK)；红色、绿色和蓝色(RGB)；或任何其它的颜色分解系统)。单色位图格式也可以用于某些应用之中。然后一个或几个副图像被单独地再形成各种成分的颜色。重新组合这些颜色形成最后的主图像，解码器将揭示出隐藏在不同颜色区域中的不同副图像。也有可能将一个副图像隐藏在一个或多个分解方式之中。在这种情况中，只有重新组合副信息隐藏其中的所有颜色区域，副图像才将是通过解码器可读的。

根据需要，主图像可以简单地由一种单色调的或一种纹理背景组成，这个背景可以包括通过适当的解码器才观看得到的隐形副图像。这样的单色、着色的区域常常可以在支票、货币、票证等上找到。

其它有用的应用可以包括含在由个人照片组成的主图像中的个人私人数据(例如，签名、血型、病史、等)的副编码。这样的一种技术使得通过用一张假照片取代一张已有照片的普通技术来制作假身份证或驾驶执照变得几乎不可能。除了个人数据(如身高、体重、身份证号等)之外，其它重要的信息也可以包含在编码到主图像之中的副图像中。

其它有用的应用还可以包括，例如，下面的物件，信用卡、护照、相片识别卡、货币、特殊事件的票证、股票和债券证明书、银行和旅行支票、防伪标签(例如，用于设计师的服装、药品、酒类、录像带、音频CD、化妆品、机器的部件和成药)、税务和邮政印章、出生证明书、车辆修理卡、地契凭证和签证。

因此，本发明的一个目的是提供一种由计算机系统上的软件程序来实施的、用来产生通常以印刷形式的隐形标记图像的防伪方法和装置。然后，隐形图像能够通过一种将其与软件编码的处理参数进行匹配的特殊解码器被解码和被观看到。

本发明的进一步目的是提供一种由计算机系统上的软件程序来实施的防伪方法和装置，其中主图像经扫描，副图像分解成相应的基本单元，和被扫描的主图像根据隐形副图像的图案被重构。

本发明的更进一步的目的是提供一种由计算机系统上的软件程序来实施的防伪方法和装置，其中主图像被转换成与副图像合并的灰色度图像。

本发明的另一个目的是提供一种由计算机系统上的软件程序来实施的防伪方法和装置，其中灰色度主图像被进一步分离成它的组成色部分用来将副图像合并到每个组成色部分，这些部分被重新组合起来以形成最后编码整体图像。

本发明的进一步目的是提供一种由计算机系统上的软件程序来实施的防伪方法和装置，其中隐形图像是只有利用基于软件的过滤器才数字式可读的。在这种情况中副信息可以用软件进行编码，和读取设备也可以是基于软件的。另外，编码和解码软件可以是用户可编程的。

本发明的其它目的和优点将从下面结合附图的实施例的详细描述中变得更为明显。附图组成说明书的一部分，它包括本发明的实施例和显示了其中的各种目的和特征。

以下结合附图详细描述本发明实施例。应该强调指出的是，根据常识，附图形的各种特征不必是成比例的。另一方面，为了清楚起见各种特征的线度是被任意放大或缩小的。

图1A-1F显示了在印刷过程中代表不同阴影或颜色的图像的通常使用的印刷屏面；

图2A和2B显示了在印刷过程中一个图像的基本部分的畸变；

图3显示了根据本发明的图像元素的定义；

图4A-4D显示了不同阴影能够由改变屏面象点相对于屏面小格面积的百分比来表示的方式；

图5显示了由补偿方法实现将信息隐藏在一个图像中的实例，其中将实现的副信息隐藏在必须也将信息的逆加入其中的屏面象点(元素)之中。在黑白图形信息的情况下：其负片；在有色信息情况下：其补色。

图6显示了通过修改连续色调像素的密度而并不修改超格的平均密度而将隐形信息加入到一个图像之中的方式；

图7和8显示了通过修改屏面象点而并不修改象点面积百分比或超格象点面积百分比可以将隐形信息加入到一个图像之中的方式；

图9显示了通过修改屏面象点的角度而并不修改象点面积百分比可以将隐形信息加入到图像之中的方式；

图10显示了通过修改屏面象点的位置而并不修改超格象点面积的百分比可以将隐形信息加入到图像之中的方式；

图11显示了通过修改屏面象点的大小而并不修改超格象点面积百分比可以将隐形信息加入到图像之中的方式；

图12显示了通过修改屏面象点的频率而并不修改超格象点面积百分比可以将隐形信息加入到图像之中的方式，

图13、14A和14B是生成包含隐形信息的图像的过程流程图；

图15是在一个主图像的分离色层之中包含隐形信息的实例；

图16是描述创建图15的图像的过程的流程图；

图17是本发明的第一种例示性硬件构造；

图18是本发明的第二种例示性硬件构造；

图19A-19J显示了用来启动本发明的解码器的各种技术；

图20显示了现有技术中对图像进行分区的方法；

图21显示了抽出图20的图像分区创建一个单相的加扰图像；

图22和23显示了现有技术中图21所示的加扰方法的多相应用，图22中方法类似于单相的处理过程，但条宽度是单相时的一半。每个奇数条输入是“源1”文件，每个偶数条输入是“源2”文件。每条内的处理过程与单相时的处理过程相同。图23中方法类似于双相的处理过程，但条宽度是单相时的三分之一，每隔两条输入相同。每条处理过程与单相时的处理过程相同。

图24显示了图21的加扰图像与本发明的实施例相结合的实例，其中方法类似于单相SI中的方法，但第二条输入是输入条的补色。补色指例如当输入是黑色时，补色是白色；当输入是红色时，补色是氰色......。条内处理过程与单相SI的相同。隐藏SI相同，但输出背景是图画而不是白色。第一步骤是将可见图像复制到输出图像。此后，该方法与在标记着色中所用方法相同。密度参数控制图像可见性。SI光栅类似于标记着色的光栅，但密度由第二输入文件控制。如果来自第二输入文件的值是黑色，则密度为高。

图25是加密图像与本发明的隐形图像相结合的另一个实例。

隐形图像处理过程包括将一个主或可见图像光栅化，或者分割成基本元素，例如象点线条或像素(基本数据载体)。借助于数字补偿程序将这些基本元素进行变形、畸变、修改等等，以便实现副信息，使副图像相对于主图像来用肉眼无法看到。

为了解码经实现的信息需要一个适当的能够选择副信息的解码器设备。

修改的补偿是在当技术不完善性所引起的畸变大小远在修改的大小之下时，通过实现补偿所需的副图像来进行的。

在这种情况下，有可能修改主图像的象点以实现副图像和对它们进行补偿使副图像在同一象点小格内不可见。通过使用，例如，一个传统的80线/厘米的屏面，这是一个0.125×0.125mm²(0.005in×0.005in)的理论正方形，称为一个“小格”。这意味着，修改和补偿能够在一个小格内只对一个和同一个屏面象点来进行。由于与屏面象点的有效修改和补偿部分的尺寸相比不希望有的印刷畸变的大小是可忽略不计的，因此隐形图像效应将是主要的。通过使用高分辨的复制过程这是可能达到的。

参考图4A，它显示了一个图像的阴影如何可以表示出来的另一个实例。在图4A中，象点402是显示在小格404之中的。小格404的面积是通过宽度“x”406和高度“y”408的乘积来表示出来的。象点402的面积“A”与小格404的面积之间的比率通过下式表示出来：

式(1)z＝A/(xy)％，

这里z是在0-100％的范围之内。

图4B-4D显示了象点402与小格404之间的各种比率。尽管在图4A中小格404是以一个长方形形状表示出来的，小格404也可以是任何所需要的形状，例如，正方形、圆形、椭圆、梯形等等。

参考图5，它显示了一个将副信息506加入到一个屏面象点504区域之中并在肉眼可视区之下用副信息的逆进行补偿的实例。

当不希望有的印刷畸变的大小接近于屏面象点的修改和补偿区域的大小时，隐形的效应减弱了而不希望有的印刷畸变的效应增强了。为了保持隐形效应，更多的屏面象点必须从邻近的各个小格之中卷入到补偿之中。这种卷入被修改屏面象点的补偿之中的小格组称作“超格”(请见图3)。

参考图3，它显示了超格的一个实例。在图3中，超格306代表例如九个小格310。超格306的象点百分比面积由下列公式来确定：

式(2)Z_∑＝∑(Z₁...Z_n)/n％

这里“n”是超格306中小格的数目。超格不一定是正方形的，它可以是各种形状的，例如图形、椭圆形、长方形等等。包含周围整个或部分象点的被考查象点(屏面元素)的从功能上选择的环境是在超格的边界之内的。

在本发明的一个例示性实施例中，图像的复制通过，例如，下面的步骤得到优化：

-根据在图像复制的进一步处理过程中会发生的所有畸变和变形，事先修改基本象点，

-根据实际应用的复制处理过程，计算、创建和应用基本象点的最佳形式，例如椭圆形的、菱形的、鹅卵蛋形的、随机形的、等等，

-定义象点的正确角度和位置以避免波纹效应和在图像中以最小的“噪声”达到最高的质量。

为了对安全印刷创建不同的安全特征，已经确定，通过使用数字成屏技术，不仅不同复制过程的技术不完善性得到补偿，并且有意设置的畸变和修改可以包含在所得的图像中。

在本发明的例示性实施例中，识别出作为数字化信息载体的主图像的基本象点，其中附加信息可以编码到数字化信息载体中以将副图像隐藏在主图像中。通过用适当的成屏技术来控制处理过程，来自实现副图像的畸变能够得到补偿并使得用肉眼不能看见，尽管通过适当的解码设备仍然是可见的。解码设备可以是，例如，一个光学过滤器，或一个电子解码器。解码器可以补偿对图像有影响的一个或许多个编码效应，例如放大、缩小、反转和棱镜效应。解码器也可以使用基于编码图像所用的编码方法的周期性的和/或随机的过滤图案光学地过滤图像。图像的光学过滤也可以根据一个或多个不同的几何形状，例如圆形、半圆形、长方形、三角形等等。

电子解码器可以用硬件、软件和它们的组合来实现，硬件和软件的组合进一步提供了可编程的能力。电子解码器也可以包括电子识别以解释隐形信息，例如条形码和数字化数据。

该例示性实施例是对数字化屏面创建编码的数字化屏面的方法和装置，其中屏面的元素，如像素或象点，是图像的组成部分。在该例示性实施例中，这些像素或象点可以用作数字化信息的载体。通过使用这样数字化编码的屏面，有可能为安全性印刷生成复制保护的隐形图像，例如，其中复制这个有复制保护的图像会导致隐形图像的无法复制。这种处理过程并不限于为解决具体的技术不完善性而设的一个具体的编码屏面，它可以用来为所有前述的技术问题提供一条解决方案。

为了只复制主图像，基本的数字化信息载体(象点、像素等等)可以按照实际复制技术的局限性来创建和分组。在这种情况下，只有主图像被复制。通过对这些基本数据携带数据进行畸变、修正、或其它措施，一个副图像能够合并到主图像之中。以这种方式，主图像的“噪声”增加了和副图像也以可见的形式表现出现。为了再次降低主图像的噪声”，所有修改和畸变必须在一个预定的区域内的一个元素×元素的基础(象点×象点或像素×像素)上得到补偿，这个预定的区域要小于肉眼的分辨能力。在这种方式中，副图像再次变成隐形的，且主图像的质量得到提高。

使用作为数字化信息载体的，例如，基本象点或像素，以下的例示性参数可以用作图像的修改或畸变：

-密度(见图6)

-形式和形状(见图7和8)

-角度(见图9)

-位置(见图10)

-大小(见图11)

-频率(见图12)

上述的参数可以用在主图像的一个或多个色层之中，以及主图像的两色层之间。

使用相继近似算法处理数据的结果是，例如，每个单独的基本象点、像素等的两个部分均在副图像隐藏其中的区域之内。这两个部分是：

-基本象点、像素等的数据携带部分，其中主图像根据副图像被畸变或修改，和

-基本象点、像素等的补偿部分，它对数据携带部分的畸变或修改进行补偿。

结果是，与只被复制的主图像相比基本上所有的象点或像素将被畸变或修改。

参考图6，它显示了信息载体根据信息的密度如何将信息隐藏起来的实例。在图6中，小格602、604和606被指定为信息将隐藏其中的小格。小格602、604和606的密度发生变化和分别变成小格608、610和612。在图6中，D1₁、D1₂、D1₃、D2₁、D2₂和D2₃分别是小格602、604、606、608、610和612的密度。小格的密度并不一定相等(D1₁≠D2₁，D1₂≠D2₂，D1₃≠D2₃)。当超格614和616的平均密度等量化时信息就隐藏其中。

现在参考图7，它显示了根据等量化小格象点面积百分比的百分比在一个小格之中信息如何被隐藏和被补偿的实例。在图7中，小格702被用作一个含信息载体的小格，含信息载体的象点704取代象点706。当含信息载体的象点704的面积等于象点706的面积时，信息载体象点704将被隐藏起来，即当下列式子得到满足时，含信息载体的象点704将被隐藏起来。

式(3)Z_A＝Z_B

其中Z_A是象点706的象点面积百分比和Z_B是信息载体象点704的象点面积百分比。

现在参考图8，它显示了根据等量化超格象点面积百分比的百分比，信息如何被隐藏和被补偿的实例。在图8中，超格802被用作一个含信息载体的超格。在超格802中信息808取代象点806形成超格804。当超格804的平均象点面积百分比等于超格802的平均象点面积百分比时，信息808将被隐藏起来，即当下式得到满足时：

式(4)Z_∑1＝Z_∑2和Z_∑A≠∑_∑B

其中，Z_∑1是超格802的平均象点面积百分比和Z_∑2是超格804的平均象点面积百分比。

现在参考图9，它显示了其中隐形信息载体是一个角度时信息如何被隐藏在一个小格中的实例。在图9中，小格902被用作一个含信息载体的小格。信息904取代元素906。当上面的式(3)或式(4)得到满足时，信息904将被隐藏起来。正如图9所示，信息904可以被旋转一个α角。角度α可以是从0-359°的任一角度。

现在参考图10，它显示了其中信息载体是位置时信息如何被隐藏在一个小格中的实例。在图10中，超格1002和象点1004被显示在一个不变的屏面中。信息载体将象点1004重新定位为象点1008。信息可以隐藏在所得的超格1006中。当超格1002和1006满足上面的式(4)时，信息将被隐藏起来。位置改变根据所期望隐藏的程度而变化。

现在参考图11，它显示了其中信息载体基于象点的大小时，信息如何被隐藏的实例。更具体地说，象点1108取代了象点1106。当超格1104的总象点面积等于超格1102的总象点面积使得式(4)得到满足时，信息将被隐藏起来。

现在参考图12，它显示了其中信息载体基于象点的频率时，信息如何被隐藏的实例。在图12中，每个象点1206-1210被更高频的屏面象点1212所取代。然而，本发明并不限于此，一个单象点，例如象点1206，可以被多于一个的屏面象点1212所取代。当式(3)或(4)得到满足时，屏面象点1212将被隐藏起来。

为了使副图像变得可见，需要物理的或电子的解码处理过程和适当的设备。解码器最好使用如统计取样方法选择象点、像素等的“数据载体”部分，来激发解码来和使用户看到隐形标记。

处理过程的各个部分通过一个适合的界面被相互连接起来，和对处理过程进行优化以便达到主图像的适当质量和编码到副图像中的隐形信息的可靠可读性。

在本发明的另一个例示性实施例中，处理过程考虑了复制程序的不同部分和用户定义的参数或优先级，产生具有最小“噪声”的高质可视主图像和编码到不可视副图像中的隐形信息的最大可读性。

在第三个例示性实施例中，隐形图像可以依赖于可变参数的，而不是固定参数的。在这个例示性实施例中，下列的可变参数可以加以考虑：

1.可视主图像的特性，诸如

-单色或多色

-灰度或斑点颜色

-主图像的性质，诸如：背景、图案、图像、文本等。

2.隐形副图像的特性，例如

-单色或多色

-文本、图像、图案或其它

-光学可识别图像或直接数字数据，等。

3.复制过程和适当的成屏技术的特性，例如：

-复制过程的分辨度

-可用象点的最小尺寸和形状或最细的可用线条的最小宽度

-基本象点或线条之间的可用最小空间

-与实际复制过程相关的优选屏面的尺寸和形状(连续色调、象点、线条等等)

-电子复制(用于显示)或“硬复制”(用于印刷介质)

-传统印刷(胶印、凹版等)、或数字化印刷(计算机打印机，例如激光打印机、喷墨打印机、染料升华打印机等)，或数字式印刷机(Xeiko、Indigo等)

-连续色调成屏、象点屏面成屏等。

4.解码设备的特性，例如：

-用来利用周期性的或随机的过滤图案读取根据具有不同几何形式的简单光学过滤器的原理编码的光学代码的简单光学解码器

-用来读取具有不同光学效应(放大、反转、棱镜衰减等)的光学代码的复杂光学解码器。

-具有光学解码器功能的软件仿真而没有电子识别功能的、用来读取光学代码的简单电子解码器。

-具有光学解码器功能的软件仿真并具有电子识别功能的、用来读取光学代码的高级电子解码器。

-用来读取也是由用户编程的直接数字式代码的复杂用户可编程电子解码器。

5.安全性(复制保护、可复制性、等等)水平，如

-图像必须受到保护以防止复制

-图像必须受到保护以防止篡改或替换

-编码的数据必须受到保护

-主图像、副图像或信息保护相互之间的优先级

在第四个例示性实施例中，隐形图像可以依赖于用户定义的参数或优先级。在这个例示性实施例中，用户选择的参数可以包括：

-主图像的质量

-副图像的清晰度和可读性

-副图像的性质(例如，字母数字符号、图像、二进制码等等)

-解码处理(物理，电子，软件等)

-所使用的实际复制技术(例如、电子的、数字化印刷、传统印刷等等)

-安全性(例如，数据保护和防止复制的保护)

参考图18，它显示了本发明中文件个人化系统的例示性实施例。在图18中，数码相机1802用来拍下主图像(未画出)的照片，创建图像1804的数字化表示。输入设备1806，例如一个键盘，可以用来输入个人数据1822使之与主图像合并在一起。图像1804和个人数据1822输送到包含数据库软件1810的工作站1808中。个人数据1822和图像1804由编码器1812进行处理创建成一个隐形图像文件1813。然后隐形图像文件1813提供给软件1810，软件1810对图像1804进行处理并将数据隐藏在图像1804中创建成一个整体文件1814。整体文件1814输出到印刷机1816中。然后印刷机1816根据整体文件1814印刷出个人化的文件1820。如果有必要工作站1808可以与主机1818相连，以控制工作站1808和/或将额外的数据供应给工作站1808这个例示性实施例在不需要很高分辨度的地方是有用的。上述文件的格式可以是便于基于PC系统使用的“DLL”格式，尽管根据目标系统和/或用户需要可以使用任何文件的格式。

图17显示了本发明用来生成高分辨度图像的例示性实施例。在图17中，各种各样的图像文件(未示出)被输送到硅图形(SGI)公司的工作站1716之中，这个工作站1716执行能生成隐形元素的软件。虽然软件可以在任何能够处理高分辨图形的计算机上运行，这里使用SGI机器是因为它的超高速和图像处理能力。扫描仪1712用来扫描主图像1700。扫描的数据提供给计算机1714。在这个例示性实施例中，计算机1714是一个MacIntosh计算机和被用来实现设计程序，尽管任何具有类似功能的计算机均可使用。这些文件由软件来打开，隐形标记类型、值和参数由用户来选择。编码的算法由软件来实现，它将来自SGI1716的副图像与来自计算机1714的可见图像合并在一起，利用隐形图像处理器1706创建成一个新的合并文件1708。新的合并文件可以是例如一个“DLL”文件格式，尽管可以根据目标系统使用任何文件格式。然后，完成的设计被提供给能够印刷最后图像的输出设备1718，设备1718具有在解码时保持和显示隐形副图像所必要的分辨率。优选的输出设备是由SCITEX DOLVE公司制造的设备，尽管可以使用任何高质高分辨的图像给定装置。任选地，检验装置1724可以用来检验最后的产品1722以确保与用户选择的偏好保持一致。

由于例示性过程是一个基于补偿的过程，用户可以在单个主图像中隐藏多于一个的副图像。因此，整个过程将让用户指定在其上进行该过程的适当主文件和指定一个、二个或多个副文件隐藏在由主文件所表示的图像之中。被选来用于计算的其它操作包括“着色”法、“加扰”法、“多级(multilevel)”法和“光栅(raster)”法。此外，用户可以选择退出程序或重新进入选择过程。

经过选择过程后，处理过程检查由用户选择的各种输入设置。该过程检测与每次选择相关的误差并显示一个适当的误差信息。基于所选择的输入设置，各种操作将被执行，例如，隐藏一个副图像并将结果保存在一个输出文件中；隐藏二个副图像并将结果保存在一个输出文件中；隐藏多于二个的副图像并将结果保存在一个输出文件中；用着色法隐藏并将着色法所得的结果保存在一个输出文件中；用加扰法隐藏并将加扰/隐形法的结果保存在一个输出文件中；用多级法隐藏并将多级法的结果保存在一个输出文件中；或用光栅法隐藏并将光栅法的结果保存在一个输出文件中。然后，这些方法的任何一种所得的结果均能通过一个结果观察窗(未示出)显示出来和进行观看。如果选择音调指示器(未示出)，它也能指示出软件的进程。

主图像可以是包含一个或多个作为隐形图像的副图像的灰度图像。灰度图像也可以被还原成其中可以隐藏一个或多个副图像的颜色成分，一个或多个副图像可以隐藏在颜色成分的任一成分之中或所有成分之中。主图像也可以是其中隐藏一个或多个副图像的彩色图像。当在主图像中隐藏多于一个的副图像时，每个副图像可以相互之间作相对旋转，例如，旋转角度在0-359°之间。副图像的旋转应用在灰度和彩色两种主图像中并可以在单色成分的一层之内或在不同色成分的各层之间。

相关的软件程序使用了各种各样的用户界面屏幕，这样有利于选择将执行哪种类型的处理过程和在那种参数条件之下执行。典型地以“窗口”型环境显示的各种屏幕呈现在用户面前，便于用户选择上面所述的各种判据。这个环境类似于传统的图形用户界面(GUI)，GUI使用了大量的用户输入和选择设备，在这里不作详细的说明。

典型的用户界面屏幕可以提供，例如，文件菜单选项(例如，关于、装载设置、保存设置、声音和退出)、目录选项、文件检索选项、文件存储选项、文件类型选项、声音选项、过滤器选项等等。在程序层次结构中进一层的屏幕可以提供，例如，解码器选项、相位选项(一相、两相等)、密度选项(亮到黑或正到负)。可变的选项可以通过传统的滑块式条或象旋钮那样的模拟控制的数字化表示来提供。

主文件和目标文件框均有传统的“浏览”功能以便于使用，使用户不需要记住系统或网络中具体文件所处的位置或目录。

“过滤器”选项允许用户选择特殊的文件名并有程序对它进行搜索。“分辨率”选项允许用户选择最后输出图像的所期望的分辨率。最好这个数字与目标印刷设备的分辨率相匹配。在文件保存操作中传统的压缩技术也可以用来使整个文件大小更小和节省盘的存储空间。

当期望对两个或三个副图像进行操作时，提供了相似的用户屏幕。然而，这些屏幕对与多相的副图像交织的附加到副图像提供了额外的选择。在多相处理过程中，用户也可以为每个副图像选择不同的光栅化(rasterization)密度。当用户想要创建看起来在一起、但解码之后可作为分开的字观看的、相互交叠的一组不同文本时这是尤为有用的。

额外的用户界面屏幕被提供用来进行一种“标记着色”操作。与隐形图像不同，标记着色尽可能流畅地流过图像，而忽略色调的变化。

关于上面所述的过程的最有用应用之一是在，例如，主图像是一张照片和副图像是相片上人的签名的情况。使用这种过程，主图像可以被光栅化，然后签字能够融合到主图像光栅的基本图案之中。所得的编码图像将是这个人照片的可视图像，当被解码时才显示出这个人的签字。副图像还可以包括其它重要的生理资料，例如身高、体重等等。这种高安全性的编码图像在象护照、执照、带相片的身份证等东西上将证明是极为有用的。

在隐形图像处理已经完成之后将图像按氰色、洋红和蓝色三种颜色分离开可以进一步提高隐形标记的安全性。然后，可以对这些颜色作相互调整使得当颜色被重新组合时可以在印刷品上得到自然的灰色。因此，虽然印刷的图像在肉眼看来将显示出灰色来，但解码的图像却显示出彩色来。当使用墨水、纸张和印刷版的不同组合时对分离色的调整以保持中性的灰色成为另一个待控制的因素。保持这些组合将另一层安全性加进到有价证券和货币之中。

现在参考图13和14A，它们显示了本发明的例示性实施例的流程图。

参考图13和14A，在步骤1400中，输入副图像1300(包括一个或多个图像、文本、数据、等等)。在步骤1405中，装载预先选择的或用户定义的编码方案1302。在步骤1410中，根据编码方案1302来编码副图像1300以生成编码的图像1304。在步骤1420中，根据包括伴随处理过程的技术不完善性在内的所期望的复制过程选择一个基本屏面(未示出)。基本屏面最好从数据库1306中挑选并根据所期望的复制过程进行优化。在步骤1425中，输入用户选择的优先级1308以在隐形标记处理过程中加以考虑。在步骤1430中，根据包含在编码副图像之中的信息载体的近似生成编码的屏面1312。在步骤1435中，输入主图像1314。在步骤1440中，用编码的屏面1312成屏主图像1314生成整体的图像1316。在步骤1450中，可以任选解码器1318A或1318B来解码整体图像1316以显示副图像1320A或1320B(与图像1300相同)。

本发明的另一个例示性实施例显示在图14B之中。在图14B中，在步骤1470中，输入主图像1314。在步骤1475中，根据用户定义的屏面成屏主图像1314。在步骤1480中，输入副图像1300。在步骤1485中，根据副图像信息对第一屏面进行修改和补偿。在步骤1490，生成整体的图像1316。在步骤1495中，可以任选解码器1318A或1318B解码整体图像1316以显示副图像1320A或1320B(与图像1300相同)。

现在参考图15，它显示了在分色中隐性图像生成的实例。在这个例子中，照片1502借助于下面的处理过程被复制，这个过程将两个不同的、取向彼此成90°的副图像1506和1508合并到可见主图像的两种不同的基色中。由原色RGB三色组成的可见主图像作为数字高发辨图像用任何类型的照片润色软件进行扫描。然后图像以另一种常用的颜色格式CMYK被分解成它的分色“板”，这里显示了分图像：氰色1502C、洋红色1502M、蓝色1502Y和黑色1502K。处理过程的多样性使得副图像与可见图像的任何一种分色容易地组合在一起。在这种情况中，含有例如重复符号JURA的不可见副图像与氰色色板1502C结合在一起。正如上面所述的，对肉眼来说所得的氰色色板1510C将在被光栅化的图案中显示出原来可见的图像，而看不见的副图像将被编码在被光栅化图案之中。含有例如重复标记JSP的第二个不可见的副图像1508与洋红色色板1502M合并在一起以生成编码的洋红色图像1510M。然后，将原来的黄色色板1502Y和黑色色板1502K与编码的氰色色板1510C和洋红色色板1510M重新组合成最后的可见图像1512(类似于1502)。利用解码器1514可以从印刷图像1512中读出作为信息1518的副信息1506。利用解码器1516可以从印刷图像1512中读出作为信息1520的副信息1508。

现在参考图16，它显示了图15中软件所进行的步骤的流程图实例。主图像1502在步骤1600中被首先数字化，然后在步骤1605中被分解成它的CMYK分色1502C、1502M、1502Y和1502K。通过在步骤1610、1615、1620和1625中所实施的处理过程的任何一个，每个色板被分别独立地处理。在这种情况中，隐形图像技术(或以单色光栅化)得到实施。接下来，隐形图像处理过程在步骤1630中被应用到第一副图像1506中和在步骤1635中被应用到第二副图像1508中。在步骤1640中通过将编码的氰色和洋红色色板与没有变动的黄色和黑色色板重新组合在一起创建了最后的输出图像1512。在这个实例中，只有氰色和洋红色被编码。其它实例可以选择编码一种颜色、三种颜色、或所有四种颜色。

本发明的隐形图像处理过程可以在任何计算机系统上得以实施。

该程序还有一个可能的用途是在印刷物上创建干扰的、或无效标志的组合。这个技术将在象音乐会入场券一样的票券上隐藏象“Void”或“Invalid”(无效)那样的字样。如果入场券是被光复制的，那么底下的“Void”字样将显示在复印件上，因此让检票员看出这张入场券是无效的。该软件对生成这样的无效色调图案将提供一个高效的和低廉的替换方法。

本发明的例示性过程也可以适用于生成典型地通过渗透油墨或油漆方法引入到纸质印刷物上的水印图案。更进一步，本处理过程可以适用于，例如，通过线缝衍射方法生成全息图。该程序还证明对生成这样的结果是更为高效的和价格更合算的。

其它有用的应用可以包括隐藏在和分割在三个或多个不同的在重合(registration)中要求极高精确度的分色之中的副图像的编码。在印刷中重组颜色时副图像将是由解码设备可读的。如果重合在所要求的精确度之下完成，那么主和副图像将受到有效地损害。

还有其它有用的应用可以包括由用户定义的基本象点，例如字母、图案、图像或诸如此类组成的数字屏幕的产生和优化，尽管用户定义的屏面可以在单色或多色处理过程中作为高价值的安全性特性来施加，而不将副图像隐藏在主图像上，但副图像的隐藏应是一种性能的增强。

现在参考图19A-19J，它显示了用来启动解码器的各种技术，这些技术可以被用来将图像编码到可见的主图像之中。附在每个图上的圆圈是显示图像的某一放大部分。实例包括：图19A：双线厚度调制；图19B：线厚度调制II；图19C：凸线类栅化；图19D：凸版；图19E：双凸版；图19F：凸圆光栅；图19G，交叉光栅；图19H：隐伏圆条纹；图19I椭圆形光栅；和图19J：交叉线光栅。另一种技术，即交叉凸形条纹化，可以在垂直平面上使用一种透镜密度频率而在水平平面上使用另一种频率。然后用户通过旋转透镜来检查每个副图像。还有一种技术可以包括跨过单个透镜表面其频率和/或折射特性发生变化的透镜组。因此，印刷物的不同部分可以在不同频率下被编码和为了方便起见还由单个透镜来解码。毫无疑问，存在许多其它类型的易适用于编码技术的光栅化方法。

不考虑所使用的光栅化的类型，通过使用所涉及的程序和隐藏原理可以实施各种各样其它的安全性措施。例如，可以隐藏在票证或货币上可以找到的连续号码系统以确保进一步的安全性防止复制。该程序还可以数字化地生成隐形条形编码。

还有一些常用的安全印刷技术包括使用难以伪造或被电子复制的复杂印刷线、边饰、扭索饰、和/或钮形图像。该程序能够引入仿照印刷物上某些线条的图案。

现在参考图20，一种加扰图像被处理成可见图像。这个处理过程一般称作“单相”编码操作。在任何编码操作中，输出图像是解码器透镜密度(lensdensity)的函数。显示的输出图像被分割线宽度为h的基体条202、或分区。每条的宽度h是几个诸如密度和基码的几个因素的函数。图21显示了其中图像的各个分区2100彼此相对被抽出形成抽出分区10的加扰因素。

现在参考图21，图中显示了现有技术的例示性加扰过程的某些具体细节。在这个实例中，该处理过程一般称为“单相”编码操作，它将输出图像200分割成宽度h的基本条或分区。其中一个基本条显示在图22中。每条的宽度h是诸如密度、重叠、镜象、加倍、缩放和基码的几个因素的函数。

现在参考图22，图中显示了“双相”的加扰编码处理过程，其处理方法类似于用于单相处理过程的方法。然而，在这种情况中，宽度h的每一条被进一步分割成第一子条和第二子条。第一和第二副图像的基本成将由软件程序存储在“主1”和“主2”文件中。在所得的输出文件中，奇数条14由来自主1文件的基本线组成，而偶数条16则来自主2文件。解码对第一和第二副图像将表现为是可独立识别的。

现在参考图23，图中显示了类似于单相和双相编码处理过程的“三相”加扰编码处理过程。在这种情况中，宽度h被分割成三个部分。第一、第二和第三副图像存储在三个计算机主文件之中。在所得的输出图像中，每三条2300、2302和2304分别来自相同的第一、第二和第三主文件。还是在解码时，第一、第二和第三副图像将表现为可独立识别的。条2300、2302和2304可以彼此相对旋转，例如在1°-359°之间的一组角度。

现在参考图24，图中显示了本发明的另一个有用的应用，即将隐形特征应用到现有技术的加扰处理过程之中。它显示了将加扰和隐形处理过程组合在一起的一个实例的某些具体细节，其中在高精度数字处理过程中通过用补色来隐藏加扰条元素(在肉眼分辨率之下)，隐形部分补偿了加扰处理过程中的原来自然可见的符号。

现在参考图25，图中显示了隐形加扰处理的一个实例。在这个实例中，一邮戳被设计出来，其中将两个不同的、相互成90度的副图像合并到可见主图像的两种不同的基色中。由原色RGB三色组成的可见主图像作为数字高分辨图像被扫描成诸如ADOBE PHOTOSHOP那样的程序。然后，这个图像被分解成所示的氰色2502、洋红色2504、黄色2506和黑色2508的分色图像。处理过程的多样性使副图像2510与可见图像的任何一种分解容易地组合在一起。在这种情况中，看不见的副图像2510与，例如，重复的符号USPS合并在氰色色板2502上。正如上面所述的，对肉眼来说所得的氰色色板2512将在光栅化的图案中显示出原来的可见图像，但看不见的副图像将被编码到光栅化的图案之中。第二个看不见的副图像2516与重复符号HIDDEN INDICIA(隐藏标记)合并在洋红色色板2504上生成编码的洋红色图像2518。然后，将原来的蓝色色板2506和黑色色板2508和编码的氰色色板和洋红色色板重新组合成最后的可见图像(类似于2500)。

尽管以上对本发明进行了图示和说明，但本发明并不限于所示的细节。在细节上所作的各种修改均在所附权利要求的范围之内，并没有偏离本发明的内容和精神。

Claims (25)

1.一种用于计算机化数字成屏技术的用来创建将作为防伪安全特征的副图像合并到可见主图像中的编码屏面的方法，该方法包括如下步骤：

(a)根据用户选择的解码设备编码所述副图像以生成一个编码的输出图像；

(b)将编码的输出图像和用户选择的基本屏面合并在一起创建一个作为输出副图像的编码屏面作为隐形副图像；

(c)通过对主图像的计算机化成屏并利用所述包含隐形副图像的编码屏面，将可见主图像和隐形副图像结合在输出中，和

(d)根据与用户选择的用于编码副图像的解码设备相对应的复制技术来复制整体的输出图像。

2.如权利要求1所述的方法，其中编码的输出图像根据解码设备的特性得到最佳编码。

3.如权利要求1所述的方法，其中所述基本屏面根据用来复制图像的复制技术进行选择。

4.如权利要求1所述的方法，其中所述编码图像通过连续近似方法进行编码，其中连续近似方法在通用计算机上执行的软件模块中得以实施。

5.如权利要求4所述的方法，其中所述连续近似方法基于一组用户定义的用于复制图像的复制过程的参数的至少一个参数。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述复制步骤是下列步骤中的至少一个步骤：

i)印刷在一介质上，

ii)显示在一显示设备上，和

iii)存储在一存储介质中。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述编码基于主图像的基本象点的畸变和副图像通过补偿所述基本象点的畸变变得不可见。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述副图像只有通过与编码过程相对应的解码设备才是可读的。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述副图像被分解成像素元素。

10.如权利要求9所述的方法，其中所述像素元素用作数字信息载体。

11.如权利要求10所述的方法，其中数字信息载体的参数根据下列一组要素的至少一个要素来进行修改：

i)像素元素的形状；

ii)像素元素的大小；

iii)像素元素的角度，

iv)像素元素的位置；

v)像素元素的频率，和

vi)像素元素的密度。

12.如权利要求11所述的方法，其中被修改的数字信息载体的参数包含在图像的一单色层之中。

13.如权利要求11所述的方法，其中被修改的数字信息载体的参数包含在图像的多个色层之中。

14.如权利要求1所述的方法，其中对应于副图像的副信息是由图像、数据、印刷物和条形码组成的一组中的至少一个。

15.如权利要求1所述的方法，其中用户选择成屏是下列中的一个：

i)圆状成屏，

ii)线状成屏，

iii)椭圆状成屏，

iv)轮转凹版成屏，

v)随机成屏，

vi)几何成屏，

vii)连续色调成屏，和

viii)可编程成屏。

16.如权利要求1所述的方法，其中所述解码设备是光学解码器和用户可编程数字解码中的至少一种。

17.如权利要求1所述的方法，其中所述图像是通过使用解码设备的软件实现来被编码的。

18.如权利要求1所述的方法，其中所述解码设备是利用具有多个几何形式的至少一种的光学过滤器来读取光学码的光学解码器。

19.如权利要求18所述的方法，其中所述解码设备使用周期性和随机过滤图案的至少一种。

20.如权利要求1所述的方法，其中所述解码设备是一种对读取光学码具有不同光学效应的复杂光学解码器。

21.如权利要求20所述的方法，其中所述不同的光学效应包括下面一组效应的至少一种：

i)放大

ii)反转

iii)棱镜分光，和

iv)缩小。

22.如权利要求1所述的方法，其中所述解码设备是一种利用光学解码器功能的软件仿真来读取光学码的电子解码器。

23.如权利要求22所述的方法，其中所述电子解码器装有电子识别。

24.如权利要求1所述的方法，其中所述解码设备是一种用来读取嵌在图像之中的直接数字代码的用户可编程电子解码器。

25.如权利要求1所述的方法，进一步包括计算在纸币印刷装置中使用的、图像的各种色层之间的高精度重合的步骤。

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